PT2302202E - Propulsão hidráulica para aumento da capacidade de centrais hidroeléctricas - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "PROPULSÃO HIDRÁULICA PARA AUMENTO DA CAPACIDADE DE CENTRAIS HIDROELÉCTRICAS" Área técnica A invenção refere-se a uma nova instalação para aumentar a capacidade de uma Central Hidroeléctrica, conservando simultaneamente a mesma altura manométrica e caudal de água úteis. A utilização presumida deste mecanismo será em Centrais Hidroeléctricas (incluindo Centrais Hidroeléctricas de armazenamento bombeado), trabalhando com base no principio de dois reservatórios interligados, com uma diferença na altura de ambos os níveis de água. A invenção transforma a energia da água em energia de ar comprimido, gue é possível armazenar no armazenamento de ar comprimido. A velocidade de esvaziamento do ar comprimido a partir do reservatório de ar comprimido não está limitada de nenhuma maneira, pelo gue é possível atingir picos mais elevados de potência do gue a Central Hidroeléctrica proporcionará por si só. Esta invenção pode estabilizar a flutuação da capacidade eléctrica na rede de distribuição.

Estado actual da tecnologia A instalação mais significativa de uma Central Hidroeléctrica é a turbina hidráulica gue converte a energia hidráulica da água corrente em energia mecânica (rotação de 1 veio). Um dos parâmetros importantes da turbina hidráulica é a sua potência mecânica. Isto representa a energia mecânica transferida pelo seu veio. A potência teórica da turbina, se excluirmos a sua eficiência e outras dissipações, depende de dois parâmetros básicos, caudal Q e energia E específica, que é dada pela altura H manométrica útil. A potência teórica da turbina hidráulica é dada pela relação geral Pt = Q.p.g.H, unidade (W) , onde p significa massa volúmica da água e g aceleração da gravidade. A capacidade de turbina hidráulica pode ser aumentada pelo fluxo da água através de uma turbina ou aumentando a altura manométrica útil, eventualmente através da combinação de ambos.

As Centrais Hidroeléctricas são habitualmente construídas em rios onde estão em taludes. Um exemplo típico pode ser uma Central Hidroeléctrica numa albufeira de barragem. Num lado de uma barragem (em frente a uma barragem) foi criado um lago artificial e no outro lado (atrás de uma barragem) flui o Rio Natural. A diferença na altura de ambos os níveis de água em frente e atrás de uma barragem é chamada altura manométrica útil. Aumentando a altura de uma barragem (altura manométrica útil), a área envolvente será inundada contra um curso de um rio. Consequentemente, isto significa que um dos parâmetros importantes da capacidade de Central Hidroeléctrica é impossível de ser aumentado e é determinado por condições naturais e por uma construção técnica da instalação hidroeléctrica (uma albufeira da barragem). Um outro parâmetro que determina a capacidade de Central Hidroeléctrica é o caudal de água. Este parâmetro, na prática, é igualmente não controlável, porque é devido ao caudal do rio afluente a uma albufeira da barragem, 2 respectivamente a partir de uma descarga de albufeira da barragem. Aumentando o caudal de água para a Central Hidroeléctrica haveria uma inundação da área virada para um rio fluindo de uma albufeira de barragem. 0 último parâmetro determina a capacidade de Central Hidroeléctrica, que é possível influenciar, é a eficiência da turbina hidráulica. Actualmente, as turbinas hidráulicas mantêm uma eficiência de cerca de 90%.

As Centrais Hidroeléctricas na rede de distribuição são habitualmente utilizadas como uma fonte de energia para picos de potência, que são determinadas para estabilizar a rede de distribuição. A vantagem é a sua capacidade para arrancar muito rapidamente em potência máxima, mas a sua capacidade máxima é limitada pela quantidade de água afluente através das suas turbinas hidráulicas. 0 esforço desta invenção é aumentar a capacidade de Central Hidroeléctrica, de uma maneira diferente do que apenas aumentar a eficiência de turbina hidráulica, visto os parâmetros que na prática podem ser influenciados, como um caudal de água e uma altura manométrica útil, permaneceram inalterados. Esta invenção é susceptível de transformar a energia da água em energia de ar comprimido, que é armazenado num reservatório de ar comprimido. Quando é necessário alcançar uma elevada capacidade de central Hidroeléctrica, o ar comprimido armazenado no reservatório de ar comprimido é transformado em energia eléctrica pela turbina de alta pressão. A capacidade de central Hidroeléctrica é consideravelmente aumentada. 3

Objecto da solução de engenharia 0 objetivo apresentado pode ser alcançado pela invenção, que é chamada "Propulsão hidráulica para aumento da capacidade de Central Hidroeléctrica". A invenção, figura 1, é constituída por dois reservatórios 1 e 2. 0 reservatório 1 é parcialmente aberto de modo a flutuar numa albufeira 41_ de barragem e está permanentemente ligado a um êmbolo 8_ que está fechado no reservatório 2. 0 reservatório 1 está ligado através dos tubos jUB e 1_2 ao tubo 1_9. A água do reservatório 1 pode sair através dos tubos _13_, 1_2 e 1_9 para a Central A3_ Hidroeléctrica. 0 reservatório 2_ está ligado através dos tubos 2_0 e 2_1 a um reservatório 6_ de ar comprimido que está ligado através do tubo _48_ à Central _43_ Hidroeléctrica. Toda a propulsão hidráulica está equipada com um sistema de fecho de válvulas: primeiras válvulas 29, 30 de fecho , segunda válvula 31 de fecho, terceira válvula 32 de fecho, quarta válvula 33 de fecho, quinta válvula 34 de fecho, sexta válvula 40 de fecho, sétima válvula A6_ de fecho, oitava válvula 3_9 de fecho e com um sistema de válvulas controláveis unidireccionais: válvula 3_5 de entrada, controlável, unidireccional e válvula 3_6 de saída, controlável, unidireccional. 0 reservatório 1 está % inundado com água de uma albufeira 4_1 da barragem e flutua, ver figura 2. A força que mantém o reservatório 1_ a flutuar na albufeira Al_ da barragem é dada pelo Princípio de Arquimedes. No caso da totalidade da construção do reservatório 1_ não ter qualquer peso, o nível de água no reservatório 1 estaria ao mesmo nível, como um nível de água numa albufeira 41_ da barragem. Atendendo a que uma 4 construção 1 do reservatório tem um peso, existirá uma diferença de nível que é determinada por um peso de uma construção 1_ de reservatório, ver figura 2. 0 reservatório 1 está fixo de modo a poder mover-se apenas verticalmente (para cima e para baixo). 0 reservatório 2_ está fixo de modo firme de modo a não poder mover-se. A propulsão hidráulica funciona em dois ciclos consecutivos e ainda repetitivos. No primeiro ciclo de funcionamento, o reservatório 1 é inundado a 34 com água, ver figura 2. Em seguida, a primeira, segunda, quinta e oitava válvulas 2_9, 30, 31, 34, 39 de fecho serão fechadas e a terceira, quarta e sexta válvulas 3_2, 3_3, _40_ de fecho serão abertas. Um espaço do reservatório 2 acima do êmbolo 8_ é totalmente fechado e completado com ar atmosférico. A água do reservatório 1 sai para turbinas da Central _43_ Hidroeléctrica através de tubos 13_, 1_2 e 1_9. A saída da água do reservatório 1_ fará com que uma força de impulsão eleve o reservatório. A diferença de nível do reservatório 1_ e da albufeira 41_ da barragem permanece igual, devido ao peso de uma construção 1_ de reservatório. 0 reservatório 1 está ligado de modo firme ao êmbolo 8_ colocado no reservatório 2, cujo movimento subsequente causa uma alteração de pressão de um ar atmosférico fechado. Através da quarta válvula 33_ de fecho, aberta, e da válvula 3_5 de entrada, controlável, unidireccional, o ar comprimido alcançará o reservatório 6 de ar comprimido, a partir do qual é levado para a Central _43 Hidroeléctrica através da válvula 3_6 de saída, controlável, unidireccional, quando é necessário, turbinas de alta pressão ajudam as turbinas hidráulicas a fazer rodar geradores eléctricos e aumentam a capacidade máxima da Central Hidroeléctrica. 5

No segundo ciclo de funcionamento, ver figura 4, a terceira, quarta, e sexta válvulas 3_2, 3_3, _40_ de fecho (inicialmente abertas) serão fechadas. Ao mesmo tempo, a primeiras, segunda, quinta e oitava válvulas 2_9, 3_0, 3_1, 3_4, 3_9 de fecho serão abertas. As primeiras válvulas 2_9, 3_0 de fecho que estão abertas provocam o enchimento do reservatório 1 com água de uma albufeira Al_ de barragem, o qual se afundará devido ao seu peso, caso em que a força da gravidade tem efeito. 0 ar atmosférico fechado numa parte inferior do reservatório 2_ é comprimido pelo movimento de um êmbolo 8^. 0 movimento de um êmbolo 8^ provoca alteração da pressão do ar atmosférico fechado. Através da segunda válvula 3_1 de fecho aberta e da válvula 3_5 controlável unidireccional, o ar comprimido entrará no reservatório 6_ de ar comprimido, onde é conduzido à Central jh3 Hidroeléctrica onde, através de turbinas de alta pressão, ajuda as turbinas hidráulicas a fazer rodar geradores eléctricos. A propulsão hidráulica utiliza duas novas forças que não têm sido utilizadas até agora para a produção de electricidade -uma força de elevação afectando o reservatório 1 que provoca a sua elevação no primeiro ciclo de funcionamento e uma força da gravidade afectando a construção 1 pesada do reservatório, provocando novamente a sua descida por entrada de água no segundo ciclo de funcionamento. 0 reservatório 6_ de ar comprimido pode ser utilizado para armazenar ar comprimido (por exemplo, energia eléctrica em período normal). 6

Diagrama de figuras num desenho técnico em anexo

Um exemplo específico de solução de engenharia é descrito esquematicamente num desenho técnico em anexo, onde:

Figura 1 propulsão hidráulica para aumento da capacidade de Central Hidroeléctrica.

Figura 2 propulsão hidráulica de Central Hidroeléctrica funcionamento. para aumento da o primeiro capacidade ciclo de

Figura 3 propulsão hidráulica de Central Hidroeléctrica funcionamento, o final. para aumento da o primeiro capacidade ciclo de

Figura 4 propulsão hidráulica de Central Hidroeléctrica funcionamento. para aumento da o segundo capacidade ciclo de

Figura 5 propulsão hidráulica para o aumento da capacidade de Central Hidroeléctrica - o segundo ciclo de funcionamento, final.

Um exemplo de desempenho da solução de engenharia A propulsão hidráulica, ver figura 1, consiste em dois reservatórios 1_ e 2_. 0 reservatório 1 é parcialmente aberto de modo a flutuar numa albufeira 41 da barragem e ligado de modo firme a um êmbolo _8 que está fechado num reservatório 2_. 0 reservatório 1 está unido, através dos tubos 13_, 12, a um 7 tubo 19. A água de um reservatório 1 pode sair através dos tubos 13, 12 e 19 para a Central 43 Hidroeléctrica. 0 reservatório 2 está ligado, através dos tubos 20 e 21, a um reservatório 6 de ar comprimido que está ligado, através dos tubos 4_8, à Central _43_ Hidroeléctrica. A totalidade da propulsão hidráulica está equipada com um sistema de válvulas de fecho: primeiras válvulas 29_, 3_0 de fecho, segunda válvula 3_1 de fecho, terceira válvula 32_ de fecho, quarta válvula 33_ de fecho, quinta válvula 3_4 de fecho, sexta válvula _40_ de fecho, sétima válvula 46_ de fecho, oitava válvula 3_9 de fecho e com um sistema de válvulas controláveis unidireccionais: válvula 3_5 de entrada, controlável, unidireccional e válvula 3_6 de saida, controlável, unidireccional. 0 reservatório 1 está H inundado com água de uma albufeira 41_ da barragem e flutua e está fixo de modo a apenas poder mover-se verticalmente (para cima e para baixo). 0 reservatório 2_ está fixado de modo a não poder mover-se. A propulsão hidráulica trabalha em dois ciclos sucessivos e ainda repetitivos. No primeiro ciclo de funcionamento um reservatório 1 é 3A inundado com água, ver figura 2. Em seguida, as primeiras, segunda, terceira, quinta e oitava válvulas 2_9, 3_0, 3_1, 3_4, 3_9 de fecho serão fechadas e a terceira, quarta e sexta válvulas 3_2, 3_3, _40 de fecho serão abertas. A área de um reservatório 2 acima de um êmbolo 8_ é completamente fechada e cheia com ar atmosférico. A água de um reservatório 1_ sai através dos tubos 1_2, 13_ e 1_9 para turbinas na Central 43 Hidroeléctrica. A saída de água de um reservatório 1 fará com que a força de impulsão eleve um reservatório. A diferença entre os níveis de água de um reservatório 1_ e de uma albufeira da barragem permanece igual; é dada por um peso de uma construção 1 do reservatório. Um reservatório 1 é ligado de modo firme a um êmbolo 8_ situado num reservatório 2_, cujo movimento subsequente provoca uma alteração de uma pressão do ar atmosférico que está fechado. 0 ar comprimido passará através de uma quarta válvula 3_3 de fecho e através da válvula 3_5 de entrada, controlável, unidireccional, para o reservatório 6_ de ar comprimido, a partir dali através de uma válvula 3_6 de saída, controlável, unidireccional é conduzido para a Central _43_ Hidroeléctrica onde, através das turbinas de alta pressão, ajuda turbinas hidráulicas a fazer rodar geradores eléctricos.

No segundo ciclo de funcionamento, ver figura 4, a terceira, quarta e sexta válvulas 32, 33, 40 de fecho (inicialmente abertas) serão fechadas. Ac i mesmo tempo as primeiras, segunda, quinta e oitava válvulas 29, 30, 31, 34, 39 de fecho serão abertas.

As primeiras válvulas 2_9, 3_0 de fecho que são abertas provocarão o enchimento do reservatório 1 por água de uma albufeira da barragem, o qual devido ao seu peso afunda, porque é influenciado por uma força da gravidade. 0 ar atmosférico, que está fechado numa parte inferior de um reservatório 2_, é comprimido pelo movimento de um êmbolo 8_. 0 movimento de um êmbolo 8_ provoca uma alteração da pressão de um ar atmosférico fechado. Através da segunda válvula 3_1 de fecho e da válvula 3_5 de entrada, controlável, unidireccional, o ar comprimido entrará num reservatório 6_ de ar comprimido, a partir do qual é conduzido para a Central A3_ Hidroeléctrica onde, através de turbinas de alta pressão, ajuda turbinas hidráulicas a fazer rodar geradores eléctricos. 9

Aplicabilidade Industrial A propulsão hidráulica pode ser utilizada como uma instalação para aumentar a capacidade de Central Hidroeléctrica, eventualmente transforma a energia da água em energia de ar comprimido, que é possível armazenar no armazenamento de ar comprimido. Em ligação com a Central Hidroeléctrica de armazenamento bombeado, a propulsão hidráulica torna possível armazenar energia eléctrica da rede de distribuição, em ar comprimido.

Lisboa, 21 de Novembro de 2012 10

Claims (3)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Propulsão hidráulica para aumentar a capacidade de central Hidroeléctrica, que inclui um reservatório (1), flutuando num nível de água de uma albufeira (41) da barragem, está equipada com primeiras válvulas (29), (30) de fecho e unida através de tubos (13), (12) e (19) à Central (43) Hidroeléctrica, enquanto a construção (1) do reservatório está ligada de modo firme, com uma biela de ligação, a um êmbolo (8) fechado num reservatório 2 fixo que está equipado com segunda, terceira, quarta e quinta válvulas (31), (32), (33), (34) de fecho e unido através de um tubo (20), (21) a um reservatório (6) de ar comprimido que está ligado à Central (43) Hidroeléctrica através de um tubo (48).
2. 2. Propulsão hidráulica como reivindicado na reivindicação 1, que inclui o reservatório (1) fixo de modo a poder mover-se apenas numa direcção vertical e que é possível fixar de modo firme.
3. 3. Propulsão hidráulica como reivindicado na reivindicação 1, que inclui que o reservatório (1) pode ser cheio com água de uma albufeira (41) da barragem através das primeiras válvulas (29) e (30) de fecho e através dos tubos (13), (12) e (19) que estão ligados à Central (43) Hidroeléctrica, pelo que, com uma sexta válvula (40) de fecho, que fecha a ligação entre o reservatório (1) e a Central (43) Hidroeléctrica fechada, é possível parar novamente esta água. 1 Propulsão hidráulica como reivindicado na reivindicação 1, que inclui que o reservatório (2) pode ser cheio com ar atmosférico através da terceira e quinta válvulas (32), (34) de fecho. Propulsão hidráulica como reivindicado na reivindicação 1, que inclui que a áqua que sai de um reservatório (1) quando o reservatório (1) se move para cima enquanto um êmbolo (8) é fechado no reservatório (2) fixo com a terceira e quarta válvulas (32), (33) de fecho abertas e a segunda e quinta válvulas (31), (34) de fecho fechadas, provoca o aumento de pressão do ar atmosférico que é, consequentemente, transferido através do tubo (21) para um reservatório (6) de ar comprimido. Propulsão hidráulica como reivindicado na reivindicação 1, que inclui que a água de enchimento a partir da albufeira (41) da barragem para o reservatório (1) através das primeiras válvulas (29), (30) de fecho abertas e sexta válvula (40) de fecho, fechada, se move para baixo, enquanto um êmbolo (8) está fechado no reservatório (2) fixo com segunda e quinta válvulas (31), (34) de fecho abertas e terceira e quarta válvulas (32), (33) de fecho fechadas, provoca o aumento de pressão do ar atmosférico que é, subsequentemente, transferido através dos tubos (20), (21) para um reservatório (6) de ar comprimido. Lisboa, 21 de Novembro de 2012